基于读写特征的现场总线分布式互斥算法

基 于读 写特征 的现 场 总线 分 布 式 互 斥 算 法
杨 王 黎 ，吴 雅 娟 ，杨 永
（大 庆石 油 学 院 计算 机 基础 教 育 系 ， 龙 江 大 庆 黑 １３１ ） ６ ３８
摘
要 ： 对 传 统 分 布 式 互 斥算 法 中存 在 的消 息 复 杂 度 高 、 迟 时 间 长 等 缺 点 ， 针 延 在传 统 Ｍａｋ ｗａ算法 的基 础 上 ． 出 ｃａ 提
ａ ．其 中 ： ｓｉａｉｎ为消息 的 目的地址 ； ｏ ｒｅ 消息 的发送 者 的地址 ； ｒ ｍ ｍ） Ｄｅｔ ｔ ｎ ｏ Ｓ ｕｃ 为 Ｐａａ 为参 数．具体 的 消息 数据结 构 为 ： 请求 消息 ，ｅ ｕｓ（， ｔ，ｗ） 由节 点 Ｐ ｒｑ ｅｔｉ ｓｒ ， ， 向请求 集 ｓ 发送 ， 求 获 得 进 入临 界 区 的 许 可 ； 请 该 消息 的发 送采 用组播 ／ 播 ； 中 ｔ（ ｉ ｓａ ） Ｌ ｍｐ ｒ 算 法 产 生 的时 戳 ， 为读 写 标 识 ， 明 该 广 其 ｓ Ｔ ｍｅｔｍｐ 为 ａ ｏ ｔ 刑 表 次请求 的是 读 或 者 写操 作．应 答 消 息 ｒｐ ｙ ） 由节点 Ｐ 发 送 给 Ｐ ， 许 Ｐ 进 入 临 界 区．释 放 消 息 ｅ ｌ （， ， 允 ｒｌ ｓ（， ， ｅｅ ｅ ｉ ａ ） 由节点 Ｐ 向请求 集 ｓ 发 送 ， 明 Ｐ 离 开 临 界 区 ， ， ， 表 释放 共享 资 源 ， 采用 组 播 ／ 播 方 式 发 也 广 送 ．查 询消 息 ｉｑ ｉｅ ｉＪ 愚 ， ｎ ｕｒ（ ， 。） 由节点 Ｐ 向节点 Ｐ 询 问是 否 已经 封 锁 了请 求 集 ｓ ．放 弃 消息 ｒｌｎ ｕ ｅｉｑ ｉ ｈ
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学 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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报
第３ Ｏ卷
Ｖｏ１ ３ ． ０
第 ２期
Ｎｏ． ２
２ ０ 年 ４月 ０６
Ａ ｐｒ ２０ ． ０６
Ｊ ＯＵ ＲＮＡｌ ＯＦ ＤＡＱＩ ＮＧ ＥＴＲＯＩＥＵＭ ＮＳＴＩ Ｐ Ｉ ＴＵＴＥ
（， ， ） 由节 点 Ｐ 通 知 Ｐ ， 已将 Ｐ， 予 的许可 转交 给 Ｐ ．失 败 消息 ｉ（ ， ，） 由节点 Ｐ， ｉＪ 愚 ， Ｐ 赋 ｌｉＪ 愚 ， 通知 Ｐ ，
节点 Ｐ 已经被节 点 Ｐ 封锁 ， Ｐ 的请 求 失败 ．转 发消息 ｔａ ｓ ｅ （， 愚 ， ｒｎ ｆ ｒｉ ， ） 由节 点 Ｐ 通 知 Ｐ ， Ｐ 退 出 临 当 界 区时 ， 代表 Ｐ， Ｐ 向 发 送应答 ．
的现场 总线 ， ｃ 如 ＡＮ（ ｏ ｔｏｌ ｅ ｔ ｒ ） Ｃ ｎ ｒｌ ｒ ｅ ＡｒａＮｅｗｏ ｋ 总线 ， Ｆ Ｆ ｕ ｄ ｔ ｎＦｅｄ ｕ ） Ｆ （ ｏ ｎ ａｉ ｉｌｂ ｓ 总线等 ．现 场 总线 控 制 系 ｏ 统 的通信 介 质 访 问控 制 方式 广 泛 采 用 随机 载 波 监 听 （ Ｓ ｃ ＭＡ） 例 如 Ｃ ， ＡＮ 总 线 、 Ｅ总 线 和 Ｌ ｎ Ｗｏ ｋ ＨＳ ｏ ｒｓ 总线 等．传统 分 布式互 斥算 法 主要有 ： Ｌ ① ＡＭＰ ＯＲＴ Ｌｚ的基 于逻 辑 时戳 （ ｉ ｓａ ） 算法 ， 算 法 中 Ｅ ］ Ｔ ｍｅ ｔｍｐ 的 该
１ ２ 程 序 流 程 ．
互 斥 的实质 是将 并发 读 写操作 串行 化 ， 而传统 算 法不 区分读 写特 征 ， 导致 了较 大 的时 延．改 进 的算 法
基于 Ｃ ＭＡ 通 信模式 ， 播／ 播 的实现 非 常方便 ， 如 ， ＨＳ Ｓ 组 广 例 在 Ｅ总 线 中定 义 了专 门用 于 广 播 的地 址 ； 采
ＡＧ ＲＡＷＡＬ Ｋ 的基 于令牌 的互 斥算 法［ ， Ａ Ａ ３ 该算 法 符 合 控 制 系统 的 要求 ， 消 息 复 杂度 依 然 较 高．为 ］ 但
满足 现场 总线控 制 系统 的要求 ， 拟对 传统 算法 加 以改进 ， 出一 种基 于读 写特征 的分布式 互 斥算 法． 提
文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ０ ８ １ ２ ０ ） ２一Ｏ Ｏ １ ０ —１ ９ （ ０ ６ ０ Ｉ ０一Ｏ ３
中圈 分 类 号 ： Ｐ ９ ， ２ ３ Ｔ ３ ３ ＴＰ ７
现场 总线 是 自动化 领域 的热点 之 一 ， 被 称 为 自动 化 领 域 的计 算 机 局域 网［ ． 目前 已经 有 多 种 成熟 它 】 ］
了基 于 读 写 特 征 的 现 场 总 线 分 布式 互 斥 算 法 ．该 算 法 通 过 区 分 读 写特 征 ． 低 了 消息 复 杂 度 ； 过 采 用 并 行 时 序 ． 短 了 降 通 缩 响 应 时 间 ．与 传统 算 法 的 性 能 对 比结 果 表 明 ： 算 法 有 较 低 的 消 息 复 杂 度 和 较好 的 实时 性 ． 该 关 麓 词 ： 场 总 线 ；分 布 式 互 斥 ；临 界 区 ；读 写 特 征 现
１ 分 布 式 互斥 算 法
节 点对 共享 资源 的操 作可 以分 为读 和写 两类 ， 前者 从 共享 资 源 中获 取 信息 ， 不作 任 何 修 改 ； 者 需 要 后
对共享 资 源进行 修改 ．
１ １ 算 法描述 ．
基 于读 写特 征 的改进 的 Ｍａｋ ｗ ｃ ａ ａ算 法 中 的 消息 结 构 为 Ｍｓ （ ｓ ｎ ｔ ｎ ｏ ｒｅ 口 口 ～ Ｐ ｒ ｇ Ｄｅｔ ａｉ ，Ｓ “ ｃ ，Ｐ ｒ ｉ ｏ 口—
的请求 节 点需 获得 所有节 点 的允许 才能 进入 临 界 区 ， 消息 复杂 度较 高 ．② ＭＡＥ ＫＡＷ Ａ Ｍ 的基 于请 求 集
（ ｏｕ 的互斥 算 法 ＿ ， 算 法 需 要 一 定 的 延 迟 时 间 释 放 共 享 资 源 ， 时 性 较 差 ．③ ＲＩ ＡＲＴ Ｇ 和 Ｑｕ ｒ ｍ） ２ 该 ］ 实 Ｃ